Molekularne mechanizmy warunkujące selektywną inhibicję
Transkrypt
Molekularne mechanizmy warunkujące selektywną inhibicję
Anna Stroynowska-Czerwińska Instytut Chemii Bioorganicznej, Polska Akademia Nauk Stypendystka projektu pt. „Wsparcie stypendialne dla doktorantów na kierunkach uznanych za strategiczne z punktu widzenia rozwoju Wielkopolski”, Poddziałanie 8.2.2 Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki Molekularne mechanizmy warunkujące selektywną inhibicję zmutowanych genów, powodujących choroby poliglutaminowe Wstęp: Choroby poliglutaminowe neurodegeneracyjnymi, (m.in. nieuleczalnymi choroba chorobami Huntingtona) genetycznymi, są progresywnie dziedziczącymi się w sposób autosomalny dominujący. Jak dotąd scharakteryzowano 9 zaburzeń, zaliczających się do tej grupy. Są one spowodowane mutacją, polegającą na ekspansji ciągów powtórzeń trójnukleotydowych (CAG)n w obrębie regionu kodującego białko. W rezultacie zmutowany produkt ekspresji charakteryzuje się wydłużonym fragmentem poliglutaminowym, skąd pochodzi nazwa tej grupy chorób. Są to choroby rzadkie, których patogeneza polega na uzyskiwaniu nowych funkcji (ang. gain-of-function) zarówno przez nieprawidłowy transkrypt jak i białko. Szczególnie wrażliwe są komórki neuronalne, które na skutek patomechanizmów ulegają powolnej degeneracji, powodując stopniowe uszkadzanie ośrodkowego układu nerwowego. Ze względu na progresywny charakter choroby, objawy pojawiają się zazwyczaj dopiero w średnim wieku, kiedy nieświadomi pacjenci mogą zdążyć przekazać zmutowany gen potomstwu. Obecnie są opracowane stosunkowo łatwe i szybkie metody diagnostyki molekularnej, ale niestety nie opracowano jeszcze żadnej terapii ani leku spowalniającego rozwój tych chorób. Jedynym dostępnym rozwiązaniem jest stosowanie leczenia objawowego, np. antydepresantów. Dla chorych oznacza to życie ze świadomością powolnej śmierci. O trudności takiej sytuacji może świadczyć istnienie grup wsparcia dla rodzin, borykających się z tymi chorobami, zarówno w Polsce (np. Wielkopolska Grupa Wsparcia) jak i na świecie (np. Huntington’s Disease Youth Organization, HDYO). Od czasu zidentyfikowania mutacji powodującej chorobę, naukowcy pracują nad efektywną metodą leczenia. Jedna z nich, zwana technologią interferencji RNA (RNAi), opiera się na naturalnych mechanizmach komórkowych, wywołujących wyciszanie ekspresji Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego wybranych genów poprzez degradację transkryptu za pomocą syntetycznych, krótkich, w pełni komplementarnych do sekwencji celowanej oligonukleotydów siRNA. Jednocześnie prowadzone są badania nad wykorzystaniem innego rodzaju oligonukleotydów – naturalnych miRNA, których cechą charakterystyczną jest występowanie niesparowań pomiędzy sekwencją miRNA i mRNA oraz wyciszenie ekspresji na poziomie deadenylacji i degradacji transkryptu i/lub inhibicji translacji. Cele naukowe projektu: W ramach projektu dotyczącego mojej pracy doktorskiej badam molekularny mechanizm działania syntetycznych miRNA-podobnych siRNA, które są potencjalnymi terapeutykami dla chorób poliglutaminowych. Sekwencja tych oligonukleotydów to kilkukrotnie powtórzony motyw CUG, zawierający pojedyncze substytucje. Umożliwia to celowanie i wiązanie się z wydłużonymi ciągami powtórzeń CAG, w nie pełni komplementarny sposób. Dzięki powstającym niesparowaniom pomiędzy siRNA oraz transkryptem, obserwujemy miRNA-podobny mechanizm regulacji ekspresji genów. Podobnie do miRNA badane oligonukleotydy wykazują silniejszy efekt wyciszania w przypadku obecności dłuższej, powtórzonej sekwencji docelowej. Ta obserwacja ma bezpośrednie przełożenie na obserwowaną allelo-selektywność, tzn. silniejsze wyciszenie ekspresji allelu zmutowanego w porównaniu do allelu normalnego. Jest to bardzo pożądany efekt, ponieważ prawidłowy allel (potrzebny do prawidłowego funkcjonowanie komórki) ulega niezmienionej lub nieznacznie zmienionej ekspresji podobnie jak inne geny zawierające powtórzenia CAG, np. TRBP. Dzięki temu obserwuje się mniejszą cytotoksyczność miRNApodobnych siRNA (przez ograniczenie niespecyficznego wyciszania znanego jako zjawisko off-target). Możliwości praktycznego wykorzystania wiedzy: Dokładna analiza mechanizmu działania badanych oligonukleotydów dostarczy nowych informacji na temat procesów regulacji ekspresji genów w komórkach ludzkich oraz cennych wskazówek na temat projektowania bardziej wydajnych i specyficznych siRNA, zawierających niesparowania z sekwencją docelową. Mamy nadzieję, że uzyskane wyniki pozwolą nam otrzymać dokładne informacje na temat czynników determinujących efektywność działania miRNA-podobnych siRNA. Dzięki temu, można będzie precyzyjniej i skuteczniej projektować oligonukleotydy o pożądanych cechach terapeutycznych. Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego